通过原子激光冷却实现光子热化

原子运动的激光冷却使得利用冷原子进行广泛的技术与科学探索成为可能。此处我们关注激光冷却对光子而非原子的影响。具体而言，我们展示非相互作用光子可与原子热化至具有非零化学势的巨正则系综。该热化通过不同光学模式间由激光冷却过程介导的光散射实现。光学薄模式导致传统的原子激光冷却，而光学厚模式中多重散射的动力学更难以描述。我们发现，在适当极限下，多重散射以近似守恒激光束与光学厚模式间总光子数的方式，使光与原子运动热化。在此 regime 中，对应于热化模式的子系统可由具有由单激光光子能量设定的化学势的巨正则系综描述。我们考虑利用多普勒冷却中的二能级原子实现此 regime，并发现了稀土原子的物理现实条件。若加入光子-光子相互作用，该系统可提供一个探索多体物理的新平台。